A group-theoretic approach to formalizing bootstrapping problems

The bootstrapping problem consists in designing agents that learn a model of themselves and the world, and utilize it to achieve useful tasks. It is different from other learning problems as the agent starts with uninterpreted observations and commands, and with minimal prior information about the world. In this paper, we give a mathematical formalization of this aspect of the problem. We argue that the vague constraint of having "no prior information" can be recast as a precise algebraic condition on the agent: that its behavior is invariant to particular classes of nuisances on the world, which we show can be well represented by actions of groups (diffeomorphisms, permutations, linear transformations) on observations and commands. We then introduce the class of bilinear gradient dynamics sensors (BGDS) as a candidate for learning generic robotic sensorimotor cascades. We show how framing the problem as rejection of group nuisances allows a compact and modular analysis of typical preprocessing stages, such as learning the topology of the sensors. We demonstrate learning and using such models on real-world range-finder and camera data from publicly available datasets

Modeling the environment with egocentric vision systems

Cada vez más sistemas autónomos, ya sean robots o sistemas de asistencia, están presentes en nuestro día a día. Este tipo de sistemas interactúan y se relacionan con su entorno y para ello necesitan un modelo de dicho entorno. En función de las tareas que deben realizar, la información o el detalle necesario del modelo varía. Desde detallados modelos 3D para sistemas de navegación autónomos, a modelos semánticos que incluyen información importante para el usuario como el tipo de área o qué objetos están presentes. La creación de estos modelos se realiza a través de las lecturas de los distintos sensores disponibles en el sistema. Actualmente, gracias a su pequeño tamaño, bajo precio y la gran información que son capaces de capturar, las cámaras son sensores incluidos en todos los sistemas autónomos. El objetivo de esta tesis es el desarrollar y estudiar nuevos métodos para la creación de modelos del entorno a distintos niveles semánticos y con distintos niveles de precisión. Dos puntos importantes caracterizan el trabajo desarrollado en esta tesis: - El uso de cámaras con punto de vista egocéntrico o en primera persona ya sea en un robot o en un sistema portado por el usuario (wearable). En este tipo de sistemas, las cámaras son solidarias al sistema móvil sobre el que van montadas. En los últimos años han aparecido muchos sistemas de visión wearables, utilizados para multitud de aplicaciones, desde ocio hasta asistencia de personas. - El uso de sistemas de visión omnidireccional, que se distinguen por su gran campo de visión, incluyendo mucha más información en cada imagen que las cámara convencionales. Sin embargo plantean nuevas dificultades debido a distorsiones y modelos de proyección más complejos. Esta tesis estudia distintos tipos de modelos del entorno: - Modelos métricos: el objetivo de estos modelos es crear representaciones detalladas del entorno en las que localizar con precisión el sistema autónomo. Ésta tesis se centra en la adaptación de estos modelos al uso de visión omnidireccional, lo que permite capturar más información en cada imagen y mejorar los resultados en la localización. - Modelos topológicos: estos modelos estructuran el entorno en nodos conectados por arcos. Esta representación tiene menos precisión que la métrica, sin embargo, presenta un nivel de abstracción mayor y puede modelar el entorno con más riqueza. %, por ejemplo incluyendo el tipo de área de cada nodo, la localización de objetos importantes o el tipo de conexión entre los distintos nodos. Esta tesis se centra en la creación de modelos topológicos con información adicional sobre el tipo de área de cada nodo y conexión (pasillo, habitación, puertas, escaleras...). - Modelos semánticos: este trabajo también contribuye en la creación de nuevos modelos semánticos, más enfocados a la creación de modelos para aplicaciones en las que el sistema interactúa o asiste a una persona. Este tipo de modelos representan el entorno a través de conceptos cercanos a los usados por las personas. En particular, esta tesis desarrolla técnicas para obtener y propagar información semántica del entorno en secuencias de imágen

Augmented indoor hybrid maps using catadioptric vision

En este Trabajo de Fin de Máster se presenta un nuevo método para crear mapas semánticos a partir de secuencias de imágenes omnidireccionales. El objetivo es diseñar el nivel superior de un mapa jerárquico: mapa semántico o mapa topológico aumentado, aprovechando y adaptando este tipo de cámaras. La segmentación de la secuencia de imágenes se realiza distinguiendo entre Lugares y Transiciones, poniendo especial énfasis en la detección de estas Transiciones ya que aportan una información muy útil e importante al mapa. Dentro de los Lugares se hace una clasificación más detallada entre pasillos y habitaciones de distintos tipos. Y dentro de las Transiciones distinguiremos entre puertas, jambas, escaleras y ascensores, que son los principales tipos de Transiciones que aparecen en escenarios de interior. Para la segmentación del espacio en estos tipos de áreas se han utilizado solo descriptores de imagen globales, en concreto Gist. La gran ventaja de usar este tipo de descriptores es la mayor eficiencia y compacidad frente al uso de descriptores locales. Además para mantener la consistencia espacio-temporal de la secuencia de imágenes, se hace uso de un modelo probabilístico: Modelo Oculto de Markov (HMM). A pesar de la simplicidad del método, los resultados muestran cómo es capaz de realizar una segmentación de la secuencia de imágenes en clusters con significado para las personas. Todos los experimentos se han llevado a cabo utilizando nuestro nuevo data set de imágenes omnidireccionales, capturado con una cámara montada en un casco, por lo que la secuencia sigue el movimiento de una persona durante su desplazamiento dentro de un edificio. El data set se encuentra público en Internet para que pueda ser utilizado en otras investigaciones

Panoramic Annular Localizer: Tackling the Variation Challenges of Outdoor Localization Using Panoramic Annular Images and Active Deep Descriptors

Visual localization is an attractive problem that estimates the camera localization from database images based on the query image. It is a crucial task for various applications, such as autonomous vehicles, assistive navigation and augmented reality. The challenging issues of the task lie in various appearance variations between query and database images, including illumination variations, dynamic object variations and viewpoint variations. In order to tackle those challenges, Panoramic Annular Localizer into which panoramic annular lens and robust deep image descriptors are incorporated is proposed in this paper. The panoramic annular images captured by the single camera are processed and fed into the NetVLAD network to form the active deep descriptor, and sequential matching is utilized to generate the localization result. The experiments carried on the public datasets and in the field illustrate the validation of the proposed system.Comment: Accepted by ITSC 201

Omnidirectional Vision Based Topological Navigation

Goedemé T., Van Gool L., ''Omnidirectional vision based topological navigation'', Mobile robots navigation, pp. 172-196, Barrera Alejandra, ed., March 2010, InTech.status: publishe